光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及光纤陀螺制造技术领域，尤其涉及一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.光纤陀螺是一种基于萨格纳克效应的光纤角速率传感器，具有体积小、精度高、全固态、使用寿命长、动态范围大等优点，基于光纤陀螺的捷联式惯性导航系统已被广泛应用于航天航空、舰艇导航等领域。
3.光纤环圈作为光纤陀螺中的敏感核心，其性能直接影响陀螺的精度。当光纤环圈所处的环境因素发生变化时，在光纤环圈中反向传播的两束光波将产生非互易性相位差，这种非互易性相移与角速度引起的萨格纳克相移在解调过程中不可分离，直接影响环圈的敏感角速度的准确性，造成上述非互易性误差的根本原因是光纤敏感环圈存在应力分布不对称，从而引起环圈相移发生变化。
4.在光纤环圈绕制过程中，通常由里层向外层缠绕，特别是采用涂胶工艺则里层固化后进行外层的缠绕，通常内层光纤无法调整，改变最后一层尾纤长度可以直接改变整个环圈对称性。
5.现有单纯采用实验剪尾纤的方法，具有一定的盲目性和试探性，即便取得较好的结果也会费时、精度不高，难于工艺推广；尤其是高精度光纤陀螺，当最外层尾纤由于熔接误差或者在装配过程中为了配合盘绕直径的整圈条件，熔接一旦失败，重新熔接时，要么裁剪最小量（切割刀剪刀差），或者，两端尾纤都整圈剪除再重新熔接，对熔接装配工艺提出了巨大复杂度。


技术实现要素：

6.本发明提供一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中光纤环圈的裁剪精度低的缺陷，实现提高对光纤环圈的尾纤的裁剪精度，提高光纤陀螺的性能。
7.本发明提供一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，包括如下步骤：s10.确定光纤环圈的基础参数，以及光纤环圈的中心偏移量；s20.以s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数以及光纤环圈的中心偏移量为数据基础,并根据shupe误差方程，建立光纤环圈的角速率误差计算式；s30.根据对称绕环特性和温度场分布特性以及s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数，建立每层光纤环圈离散化误差模型,并将每层光纤环圈离散化误差模型与s20步骤获得的光纤环圈的角速率误差计算式联立；s40.设定光纤环圈的角速率误差为零，计算光纤环圈的尾纤的裁剪长度。
8.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s10步骤中，所述基础参数包括光纤环圈的层数、光纤环圈的平均直径、每层光纤环圈的厚度、光纤环圈的总长
度和光纤环圈的本地折射率。
9.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s20步骤中，角速率误差的计算式为：
10.其中，d为光纤环圈的平均直径；l为光纤环圈的总长度；n表示光纤环圈的本地折射率；为光纤环圈折射率随温度变化的系数；为光纤环圈的z点在t时刻的变温速率；l-2z表示光纤环圈的z点相对于光纤环圈中点的位置因子；z为光纤环圈上任一点的位置。
11.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s30步骤中，光纤环圈的对称绕环特性包括光纤环圈的外层绕制权重大于光纤环圈的内层绕制权重，且光纤环圈的对称度误差等效为光纤环圈的长度对称度误差，则：
12.其中，为光纤环圈的z点在t时刻的变温速率；l-2z表示光纤环圈的z点相对于光纤环圈中点的位置因子。
13.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s30步骤中，温度场分布特性包括温度场由光纤环圈的内侧至外侧呈线性分布，且每层光纤环圈的温度场为定值，则光纤环圈内外相邻层之间的温度差为：
14.其中，;t为z处，t时刻的温度场；为编号为i处的线性温度场的位置；i为光纤陀螺左侧单一一侧的连续编号,i=1,2,3
…
n；n为光纤环圈的层数；为光纤环圈左侧第i层的层数序号；为光纤环圈每层的厚度。
15.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s40步骤，裁剪长度为：
16.其中，d为光纤环圈的平均直径；l为光纤环圈的总长度；n表示光纤环圈的本地折射率；为光纤环圈的折射率随温度变化的系数；表示光纤环圈的z点在t时刻的变温速率；l-2z表示z点光纤相对于光纤陀螺环圈中点的位置因子。
17.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法的步骤。
18.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法的步骤。
19.本发明提供的光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法、电子设备及存储介质，包括如下步骤s10.确定光纤环圈的基础参数，以及光纤环圈的中心偏移量；s20.以s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数以及光纤环圈的中心偏移量为数据基础,并根据shupe误差方程，建立光纤环圈的角速率误差计算式；s30.根据对称绕环特性和温度场分布特性以及s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数，建立每层光纤环圈离散化误差模型,并将每层光纤环圈离散化误差模型与s20步骤获得的光纤环圈的角速率误差计算式联立；s40.设定光纤环圈的角速率误差为零，计算光纤环圈的尾纤的裁剪长度，通过计算获得光纤环圈尾纤的裁剪长度，有效克服尾纤剪除的盲目性和低精度缺陷，提高光纤环圈的制备精度、成功率和工艺适用性，进而提高光纤陀螺温度性能，保证光纤陀螺的测量精度性能。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明提供的光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法的框式示意图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.下面结合图1描述本发明的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，包括如下步骤：s10.确定光纤环圈的基础参数，以及光纤环圈的中心偏移量；s20.以s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数以及光纤环圈的中心偏移量为数据基础,并根据shupe误差方程，建立光纤环圈的角速率误差计算式；s30.根据对称绕环特性和温度场分布特性以及s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数，建立每层光纤环圈离散化误差模型,并将每层光纤环圈离散化误差模型与s20步骤获得的光纤环圈的角速率误差计算式联立；s40.设定光纤环圈的角速率误差为零，计算光纤环圈的尾纤的裁剪长度。
25.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s10步骤中，所述基础参数包括光纤环圈的层数、光纤环圈的平均直径、每层光纤环圈的厚度、光纤环圈的总长度和光纤环圈的本地折射率。
26.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s20步骤中，角速率误差的计算式为：
27.其中，d为光纤环圈的平均直径；l为光纤环圈的总长度；n表示光纤环圈的本地折射率；为光纤环圈折射率随温度变化的系数；为光纤环圈的z点在t时刻的变温速率；l-2z表示光纤环圈的z点相对于光纤环圈中点的位置因子；z为光纤环圈上任一点的位置。
28.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s30步骤中，光纤环圈的对称绕环特性包括光纤环圈的外层绕制权重大于光纤环圈的内层绕制权重，且光纤环圈的对称度误差等效为光纤环圈的长度对称度误差，则：
29.其中，为光纤环圈的z点在t时刻的变温速率；l-2z表示光纤环圈的z点相对于光纤环圈中点的位置因子。
30.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s30步骤中，温度场分布特性包括温度场由光纤环圈的内侧至外侧呈线性分布，且每层光纤环圈的温度场为定值，则光纤环圈内外相邻层之间的温度差为：
31.其中，;t为z处，t时刻的温度场；为编号为i处的线性温度场的位置；i为光纤陀螺左侧单一一侧的连续编号,i=1,2,3
…
n；n为光纤环圈的层数；为光纤环圈左侧第i层的层数序号；为光纤环圈每层的厚度。
32.根据本发明提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，所述s40步骤，裁剪长度为：
33.其中，d为光纤环圈的平均直径；l为光纤环圈的总长度；n表示光纤环圈的本地折射率；为光纤环圈的折射率随温度变化的系数；表示光纤环圈的z点在t时刻的变温速率；l-2z表示z点光纤相对于光纤陀螺环圈中点的位置因子。
34.本发明实施例提供的一种光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法，具体包括如下步骤：s10.确定光纤环圈的基础参数，其中包括光纤环圈的层数、光纤环圈的平均直径、每层光纤环圈的厚度、光纤环圈的总长度和光纤环圈的本地折射率；并确定光纤环圈由于绕制制备过程中的不对称导致的中心偏移量/2；需要说明的是，本实施例以光纤环圈的四极对称绕法制备，当然，本发明提供的方法适用于八极对称绕法、十六极对称绕法或极数更高的对称绕法制备的光纤环圈。
35.s20.以s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数以及光纤环圈的中心偏移量为数据基础,并根据shupe误差方程，以中点为原点正反两个方向进行积分获得连续性积分方程，计算光纤环圈的由于shupe误差引起的热致非互易性角速率误差，计算式为：，
其中，d为光纤环圈的平均直径；l为光纤环圈的总长度；n表示光纤环圈的本地折射率；为光纤环圈折射率随温度变化的系数；为光纤环圈的z点在t时刻的变温速率；l-2z表示光纤环圈的z点相对于光纤环圈中点的位置因子；
36.s30.根据对称绕环特性和温度场分布特性以及s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数，建立每层光纤环圈离散化误差模型,并将每层光纤环圈离散化误差模型与s20步骤获得的光纤环圈的角速率误差计算式联立；其中，对称绕环特性包括光纤环圈外层绕制权重大于内层绕制权重，同时，光纤环圈的对称度误差等效为光纤环圈长度的对称度误差，由此，可将加速率误差计算式中的变换得到：。
37.进一步地，设定为光纤环圈正向坐标增量，设定为光纤环圈反向坐标增量，对于而言，令，则从光纤环圈的中点开始位置与z表示的位置为相同点，所以温度场为同一点，进而：，
38.同理，设定，则：，
39.进而：，
40.进而光纤环圈敏感的角速率误差的计算公式为：，
41.其中，温度场分布特性具体是指温度场由光纤环圈的内侧至外侧呈线性分布，且每层光纤环圈的温度场为定值，则光纤环圈内外相邻层之间的温度差为：，
其中，;t为z处，t时刻的温度场；为编号为i处的位置；i为左侧单一一侧的连续编号,i=1,2,3
…
n；n为光纤环圈的层数；本实施例中，n为4的整数倍；为光纤环圈左侧第i层的层数序号；为光纤环圈每层的厚度；
42.代入光纤环圈敏感的角速率计算公式为：。
43.s40、设定光纤环圈的角速率误差为零，反解计算获得由于漂移导致光纤环圈的尾纤的裁剪长度，计算式为：
44.也就是说，当已知光纤环圈的总长度、温度场的时变速率、光纤环圈的角速率误差时，通过增减光纤环圈的长度，能够对光纤环圈的误差进行补偿，将光纤环圈的对称中点补偿到0点，进而使光纤环圈的随温度的漂移误差补偿为零。
45.其中，若计算结果为正值代表裁减光纤环圈的左侧尾纤，若计算结果为负值代表裁减光纤环圈的左侧尾纤。
46.本发明方法的目标是在光纤环圈制备时，最外层固化之前依据前面分析结果计算出等效尾纤长度误差，将尾纤按长度误差进行剪除或者是加长，最后完成外层固化。
47.本发明还提供一种电子设备，该电子设备可以包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法。
48.此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-onlymemory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
49.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的光纤环圈尾纤裁剪长度计算方
法。
50.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法。
51.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
52.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
53.本发明提供的光纤环圈尾纤裁剪长度计算方法、电子设备及存储介质，包括如下步骤s10.确定光纤环圈的基础参数，以及光纤环圈的中心偏移量；s20.以s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数以及光纤环圈的中心偏移量为数据基础,并根据shupe误差方程，建立光纤环圈的角速率误差计算式；s30.根据对称绕环特性和温度场分布特性以及s10步骤中获得的光纤环圈的基础参数，建立每层光纤环圈离散化误差模型,并将每层光纤环圈离散化误差模型与s20步骤获得的光纤环圈的角速率误差计算式联立；s40.设定光纤环圈的角速率误差为零，计算光纤环圈的尾纤的裁剪长度，通过计算获得光纤环圈尾纤的裁剪长度，有效克服尾纤剪除的盲目性和低精度缺陷，提高光纤环圈的制备精度、成功率和工艺适用性，进而提高光纤陀螺温度性能，保证光纤陀螺的测量精度性能。
54.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。